(57)【要約】【課題】摩擦係合部材を振動軸に対して容易に係合させられる摩擦駆動方式の駆動装置を提供する。【解決手段】電気的入力に応じて伸縮する電気機械変換素子３と、電気機械変換素子３の伸縮によって軸方向に振動させられる振動軸４と、振動軸４に摩擦力によって係合する摩擦係合部材５とを有し、電気機械変換素子３の急峻な伸縮によって、振動軸４を急峻に移動させることで、摩擦係合部材５を振動軸４に対して滑り変位させられる駆動装置１において、振動軸４および摩擦係合部材５の少なくともいずれかを着磁し、その磁力によって振動軸４と摩擦係合部材５とが吸引し合うようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的入力に応じて伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の伸縮によって軸方向に振動させられる振動軸と、
前記振動軸に摩擦力によって係合する摩擦係合部材とを有し、
前記電気機械変換素子の急峻な伸縮によって、前記振動軸を急峻に移動させることで、前記摩擦係合部材を前記振動軸に対して滑り変位させられる駆動装置において、
前記振動軸および前記摩擦係合部材の少なくともいずれかが着磁されており、その磁力によって前記振動軸と前記摩擦係合部材とが吸引し合うことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記振動軸および前記摩擦係合部材の着磁された方は、Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分とが同時に、前記振動軸および前記摩擦係合部材の他方と当接することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記振動軸および前記摩擦係合部材の少なくともいずれかは、表面が平滑になるようにコーティングが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記振動軸および前記摩擦係合部材の着磁された方は、非磁性体でコーティングされていることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記コーティングは、フッ素を含む材料からなることを特徴とする請求項３または４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記振動軸は、軸方向全長に亘って磁極が延伸するように軸直角方向に着磁されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦駆動方式の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械変換素子の伸縮によって振動軸を軸方向に振動させ、振動軸に摩擦係合する摩擦係合部材を振動軸上で滑り変位させる摩擦駆動方式の駆動装置では、例えば、特許文献１に記載されているように、ばねによって摩擦係合部材を振動軸に押圧して摩擦係合させるのが一般的である。
【０００３】
ばねを直接振動軸に当接させると、ばねと振動部材との間の摩擦力が不安定になるので、特許文献２に記載されているように、摩擦力の安定した中間の部材を介してばねを作用させることが多い。また、特許文献２には、金属製の摩擦係合部材（玉枠）と磁石との間に振動軸を挟み込むことで、摩擦係合部材を振動軸に押圧して摩擦係合させる発明が記載されている。
【０００４】
このように、振動軸に摩擦係合できるように、摩擦係合部材は、複数の部品で構成され、振動軸に係合する状態で組み立てられる。これは、駆動装置を小形化する際、摩擦係合部材を振動軸に組み付ける作業を難しくするという問題を有している。
【特許文献１】特開平０４−６９０７０号公報
【特許文献２】特開平０７−２７４５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記問題点に鑑みて、本発明は、摩擦係合部材を振動軸に対して容易に係合させられる摩擦駆動方式の駆動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明による駆動装置は、電気的入力に応じて伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の伸縮によって軸方向に振動させられる振動軸と、前記振動軸に摩擦力によって係合する摩擦係合部材とを有し、前記電気機械変換素子の急峻な伸縮によって、前記振動軸を急峻に移動させることで、前記摩擦係合部材を前記振動軸に対して滑り変位させられる駆動装置において、前記振動軸および前記摩擦係合部材の少なくともいずれかが着磁されており、その磁力によって前記振動軸と前記摩擦係合部材とが吸引し合うものとする。
【０００７】
この構成によれば、摩擦係合部材は、磁力によって振動軸に吸着されることで、振動軸に対して摩擦係合するので、摩擦係合部材を振動軸に摩擦係合させる際に、他の部材を組み付ける必要がなく、製造が容易である。
【０００８】
また、本発明の駆動装置において、前記振動軸および前記摩擦係合部材の着磁された方は、Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分とが同時に、前記振動軸および前記摩擦係合部材の他方と当接してもよい。
【０００９】
この構成によれば、振動軸および摩擦係合部材の間に磁束の閉じたループが形成されるので、振動軸と摩擦係合部材との間の吸引力が大きくなる。これにより、摩擦係合部材の振動軸に対する摩擦力係合力が大きくなり、駆動装置の駆動トルクを大きくできる。
【００１０】
また、本発明の駆動装置において、前記振動軸および前記摩擦係合部材の少なくともいずれかは、表面が平滑になるようにコーティングが施されていてもよい。
【００１１】
この構成によれば、摩擦係合部材と振動軸との間の摩擦力が一定になるので、安定した駆動が可能になる。
【００１２】
また、本発明の駆動装置において、前記振動軸および前記摩擦係合部材の着磁された方は、非磁性体でコーティングされていてもよい。
【００１３】
この構成によれば、コーティングが磁束をバイパスしないので、摩擦係合部材を振動軸に効率よく吸着できる。
【００１４】
また、本発明の駆動装置において、前記コーティングは、フッ素を含む材料からなってもよい。
【００１５】
この構成によれば、摩擦係数が小さくなるので振動軸および摩擦係合部材の摩耗が少なくなる。コーティングによる摩擦力の低下を補い得るだけ磁力を大きくして、同じ摩擦係合力を発揮できるようにしても、摩耗低減の効果が勝るので、駆動装置が長寿命となる。
【００１６】
また、本発明の駆動装置において、前記振動軸は、軸方向全長に亘って磁極が延伸するように軸直角方向に着磁されていてもよい。
【００１７】
柱状の振動軸を軸直角方向に着磁することは比較的容易であり、やや形状が複雑となり易い摩擦係合部材を鉄などの加工が容易な磁性材料で形成することで、部品コストを低くできる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、摩擦係合部材を振動軸に対して磁力によって吸着させることで摩擦係合させるので、部品点数が少なく、駆動装置の組立が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１実施形態の駆動装置１の構成を示す。駆動装置１は、例えばタングステンのような比重の大きな金属からなる錘２と、印加された電圧に応じて伸縮し、伸縮方向一端が錘２に固定された圧電素子（電気機械変換素子）３と、一端が圧電素子３の伸縮方向他端に固定された円柱状の磁石からなる振動軸４と、振動軸４に磁力によって吸引されて摩擦係合する磁性材料からなる摩擦係合部材５とを有する。
【００２０】
摩擦係合部材５は、レンズ６を保持する樹脂製の玉枠７に、インサート成型されて保持されている。玉枠７は、摩擦係合部材５と反対側に、振動軸４と平行に配設された案内軸８に摺動可能に係合する案内溝９が設けられている。
【００２１】
振動軸４は、例えば、ネオジムからなり、径方向片側がＮ極、反対側がＳ極になるように軸直角方向に着磁され、磁極が軸方向全長に亘って延伸している。磁石材料の着磁は、一般に、磁界を印加しながら熱処理して行うので、軸直角方向の着磁も、通常の均一磁界によって可能であるため、高価な部品とはならない。また、振動軸４は、磁石材料の酸化防止のために、表面がコーティング（例えばニッケルメッキ）されている。
【００２２】
摩擦係合部材５は、例えば、振動軸４を受け入れるために、それぞれ振動軸４と当接する第１翼部５ａおよび第２翼部５ｂを有する直角Ｖ型に炭素鋼板をプレス成形してなる。摩擦係合部材５は、フッ素を含むコーティング剤によって、表面がコーティングされ、鋼板の酸化が防止され、表面が平滑化されている。
【００２３】
図２に示すように、振動軸４は、磁極の方向と直角方向に、摩擦係合部材５に受け入れられる。これにより、振動軸４のＮ極から出た磁束が摩擦係合部材５を通ってＳ極に至るような、磁束の閉じたループが形成される。これによって、振動軸４と摩擦係合部材５との間の磁気的結合が強くなり、摩擦係合部材５は、振動軸４に強い力で吸引される。この磁気的吸引力の第１翼部５ａおよび第２翼部５ｂに垂直に作用する成分をそれぞれ垂直抗力として、摩擦係合部材５の第１翼部５ａおよび第２翼部５ｂと振動軸４との間に摩擦力が生じ、摩擦係合部材５は、振動軸４に対して摩擦係合する。
【００２４】
駆動装置１では、圧電素子３に非対称に変動する周期的な駆動電圧を印加して圧電素子３を非対称に伸縮させ、圧電素子３の伸縮によって振動軸４を軸方向の一方向に急峻に、逆方向に緩慢に移動するように非対称に振動させる。振動軸４を急峻に移動させるとき、摩擦係合部材５および玉枠７の慣性力が磁力による摩擦係合力に勝るようにすることで、駆動装置１は、摩擦係合部材５を振動軸４に対して滑り変位させることができる。ここで、摩擦係合部材５の駆動軸４に対する摩擦係合力が強いということは、駆動装置１の出力し得るトルクが大きいことを意味する。
【００２５】
この駆動装置１の摩擦係合部材５は、磁力によって振動軸４に押圧（吸引）されるので、振動軸４に摩擦係合するためにばねのような別部材を必要とせず、組立に細かな作業が要求されないので製造が容易である。また、この駆動装置１は、部品点数も少ないため、工数が少なく、安価に提供できる。
【００２６】
尚、振動軸４の軸端部に摩擦係合部材５を係合させると、その吸引力が弱くなるが、実際の駆動装置１では、振動軸４の軸端部に不図示の軸受が設けられるので、摩擦係合部材５が摩擦係合する範囲では、振動軸４が摩擦係合部材５を吸引する力は一定とみなすことができる。
【００２７】
ここで、振動軸４の磁極の向きと吸引力について検討する。図３に示すように、振動軸４のＮ極の向きを、摩擦係合部材５に対して１３５°（第１翼部５ａと平行）の方向Ｄ１に配置した場合、摩擦係合部材５に対して９０°の方向Ｄ２に配置した場合、および、摩擦係合部材５に正対する（摩擦係合部材５の角に向かう）方向Ｄ３に配置した場合について、その吸引力の大きさを、異なる径の振動軸４についてシミュレーションによって算出した結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
尚、吸引力は、振動軸４のＮ極側に吸着される摩擦係合部材５の片側の第１翼部５ａに垂直な成分（垂直抗力）をＸ成分、Ｓ局側に吸着される摩擦係合部材５の反対側の第２翼部５ｂに垂直な成分（垂直抗力）をＹ成分とする。また、摩擦係合部材５は、厚さが０．２ｍｍ、両翼部５ａ，５ｂの長さがそれぞれ０．８ｍｍである。
【００３０】
磁力は、Ｎ極からＳ極に至る磁力線の延長距離を短くする方向に作用する。このため、方向Ｄ１では、振動軸４の磁極と平行に延伸する第１翼部５ａを振動軸４に向かって引き寄せるＸ成分が大きくなる。しかしながら、摩擦係合部材５を磁極と平行に移動しても、第１翼部５ａを通過する磁力線の延長距離は大きく変化しないので、Ｙ成分が小さい。摩擦係合部材５は、片側の係合力が弱いと、外部からの衝撃などによって、係合力の弱い側が脱離してしまう場合があるので好ましくない。
【００３１】
方向Ｄ２では、両翼部５ａ，５ｂの吸引条件が同じになるので、Ｘ成分とＹ成分とが等しくなる。その吸引力は、磁力線が短くなる方向とＸ方向およびＹ方向が共に４５°の角度を有するので方向Ｄ１のＸ成分よりは小さくなるが、摩擦係合部材５を振動軸４に摩擦係合させるには十分な力である。
【００３２】
方向Ｄ３では、吸引力のＸ成分とＹ成分とは等しくなるが、磁力線の延長距離が長く、その吸引力が小さいために、振動軸４が相当に強力な磁力を有していないと摩擦係合部材５を振動軸４に摩擦係合させることができない。
【００３３】
以上の結果より、摩擦係合部材５は、両翼部５ａ，５ｂのいずれも振動軸４の着磁方向と平行にならず、振動軸４が形成する磁束が摩擦係合部材５を介して最短のループを形成するように、振動軸４のＮ極に着磁された部分およびＳ極に着磁された部分と同時に当接する向きに配置されることが好ましい。
【００３４】
理論的には、方向Ｄ２の、両翼部５ａ，５ｂの摩擦係合力が等しくなる向きが最も好ましいが、製品の誤差を吸収するために、方向Ｄ２から振動軸４を僅かに回転して配置することによって、摩擦係合部材５の摩擦係合力を調節してもよい。
【００３５】
また、本実施形態では、フッ素を含むコーティング材で摩擦係合部材５をコーティングしているため、振動軸４との間の摩擦係数が低い。このため、摩擦係合部材５の振動軸４に対する摩擦係合力を大きくして、駆動装置１が十分な駆動トルクを発揮できるようにするためには、振動軸４に着磁する磁力を大きくする必要がある。このとき、振動軸４の磁力を大きくして摩擦係合部材５の振動軸４に対する摩擦係合力（静止摩擦力）を大きくしても、フッ素を含むコーティング材によって、摩擦係合部材５が振動軸４に対してすべり移動する際の摩擦係合部材５および振動軸４の摩耗が低減されるので、駆動装置１の寿命を長くすることができる。
【００３６】
また、図４に示す本発明の第２実施形態のように、振動軸４と摩擦係合部材５の両方を着磁して、互いのＮ極とＳ極とが当接するようにしてもよい。尚、この実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明は省略する。この構成によれば、組み立て工程を複雑化することなく、より大きな摩擦係合力を得ることができる。
【００３７】
また、図５に示す本発明の第３実施形態のように、振動軸４を磁性材料で形成し、摩擦係合部材５を着磁してもよい。この実施形態においても、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態において、摩擦係合部材５は、図示するように、振動軸４の軸方向に着磁してもよく、振動軸４の径方向に着磁してもよい。
【００３８】
また、本発明において、振動軸４および擦係合部材５の着磁した方を、フッ素を含む樹脂のような摩擦係数を低減できる材料でコーティングしてもよいが、コーティングが厚くなる場合は、コーティングが磁束をバイパスしないように、非磁性材料の材料を用いることが好ましい。
【００３９】
尚、本発明は、圧電素子を用いた駆動装置だけでなく、磁歪素子など、電気的入力を機械的変位に変化する他の電気機械変換素子を用いた振動型の駆動装置全般にも広く適用できる。また、電気機械変換素子は、他の部材を介して間接的に振動軸を軸方向に振動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態の駆動装置の分解斜視図。
【図２】図１の駆動装置の振動軸と摩擦係合部材の詳細平面図。
【図３】図１の駆動装置の振動軸の着磁方向を示す平面図。
【図４】本発明の第２実施形態の駆動装置の平面図。
【図５】本発明の第３実施形態の駆動装置の側面図。
【符号の説明】
【００４１】
１…駆動装置
２…錘
３…圧電素子（電気機械変換素子）
４…振動軸
５…摩擦係合部材
６…レンズ
７…玉枠
８…案内軸
９…案内溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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